(57)【要約】【課題】リング状基部とその周縁部から上方へ延出した筒状部からなる絶縁性のインナーガスケットを用い、上下部金属箔の中央部同士が溶接により電気的に接続し、両金属箔の周縁部の間に前記インナーガスケットのリング状基部を介在させ、両金属箔の周縁部の上面には、金属板スペーサと外部端子を兼ねた金属キャップとが載置され、前記金属キャップ、前記上部金属箔、前記インナーガスケット、および前記下部金属箔が、ガス通気孔を有する有底皿形状の金属ケースの内部に収納され、前記金属ケースの開口端部を内側にかしめて密封した封口板であって、電池内圧上昇時に、所定の圧力で安全機構を確実に作動させることができ、気密性に優れ、安全性が高い密閉型電池用封口板を提供する。【解決手段】金属板スペーサとして、表面粗さＲａの値が０．１μｍ以上のものを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状基部とその周縁部から上方へ延出した筒状部からなる絶縁性のインナーガスケットを用い、上下部金属箔の中央部同士が溶接により電気的に接続し、両金属箔の周縁部の間に前記インナーガスケットのリング状基部を介在させ、両金属箔の周縁部の上面には、金属板スペーサと外部端子を兼ねた金属キャップとが載置され、前記金属キャップ、前記上部金属箔、前記インナーガスケット、および前記下部金属箔が、ガス通気孔を有する有底皿形状の金属ケースの内部に収納され、前記金属ケースの開口端部を内側にかしめて密封した封口板であって、前記金属板スペーサは、表面粗さＲａの値が０．１μｍ以上である密閉型電池用封口板。
【請求項２】
前記金属板スペーサには、電解メッキが施されている請求項１に記載の密閉型電池用封口板。
【請求項３】
前記上部金属箔は、引張強度が５０Ｎ／ｍｍ２以下である請求項１、２のいずれかに記載の密閉型電池用封口板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気密性に優れ、電池内圧上昇時の安全機構に優れた密閉型電池用封口板に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型携帯機器等の駆動用電源に、高容量のアルカリ蓄電池に代表される水系電解液二次電池や、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池が使われている。その中でも非水電解液二次電池は、エネルギー密度が高く、サイクル特性などの電池特性に優れた密閉型電池である。
【０００３】
エネルギー密度が高い密閉型電池は、充電器の故障による過充電や、電池の誤使用によって、電池が過充電された場合、電池内部の非水電解液が分解してガスが発生し、電池内圧が上昇する可能性がある。この電池内圧が所定の値に達すると、封口板内に設置された金属箔が破断し、ガスを電池外部に排出することができるようにしている。さらに金属箔が破断し排出すると共に、電流を遮断する安全機構も設けられている。
【０００４】
安全機構を有する封口板は、一般的に、リング状基部とその周縁部から上方へ延出した筒状部からなる絶縁性のインナーガスケットを用い、上下金属箔の中央部同士が溶接により電気的に接続し、両金属箔の周縁部の間に前記インナーガスケットのリング状基部を介在させ、両金属箔の周縁部の上面には、金属スペーサと外部端子を兼ねた金属キャップとが載置され、金属キャップ、上部金属箔、インナーガスケット、および下部金属箔が、ガス通気孔を有する有底皿形状の金属ケースの内部に収納され、この金属ケースの開口端部を内側にかしめて密封した構造をしている。したがって、電流は金属ケース、下部金属箔、上部金属箔、金属スペーサ、および金属キャップの順に流れる。
【０００５】
従来、所定の圧力で確実に安全機構を作動させるための封口板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。封口板の下部金属箔には、通気孔を有し中央部分が上方へ向け膨出した可撓性を有する凸状部が設けられ、かつ前記凸状部に易破断部を設け、上部金属箔には、中央部分が下方へ向け膨出した可撓性を有する凹状部が設けられている。電池の内部圧力が所定値に達したときに、この電池内圧を下部金属箔の通気孔を通じて上部金属箔の凹状部は圧力方向へ変形する。この変形する応力によって、上部金属箔の凹状部がこれと溶接された下部金属箔の易破断部を破断することにより、電流が遮断される。
【特許文献１】特開平１０−３８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の密閉型電池用封口板は、上部金属箔に強度の高い材料を使用しているが、電池の小型化に伴い、電池ケース開口部の面積が小さくなり、封口板面積も必然的に小さくなる。封口板の面積が小さくなると、上部金属箔の凹状部の受圧面積が小さくなり、電池内圧が高くなったときに上部金属箔の凹状部が撓みにくくなる。その結果、下部金属箔の易破断部を破断するのに十分な応力が得られず、下部金属箔の易破断部を破断する圧力が高くなり、電流を遮断することがしにくくなる。従来の上部金属箔材料では、所定の圧力で確実に電流が遮断されることが困難になる。
【０００７】
また、前述の金属ケースをかしめたとき、上部金属箔はインナーガスケットのリング状基部に設けられた突起と金属スペーサに挟まれる。金属箔の強度を下げた場合、上部金属箔はインナーガスケットの突起から圧縮され、圧縮を受けた上部金属箔の材料は、突起の
頂点を支点として、インナーガスケットの筒状部方向とインナーガスケットの内周方向に金属スペーサ下面をすべるように伸ばされて切れてしまい、本来必要な液密が確保できなくなる。
【０００８】
そこで、本発明ではこのような課題を解決するもので、気密性に優れ、より低い圧力で安全機構を確実に作動させることができる封口板を有した密閉型電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための本発明は、リング状基部とその周縁部から上方へ延出した筒状部からなる絶縁性のインナーガスケットを用い、上下部金属箔の中央部同士が溶接により電気的に接続し、両金属箔の周縁部の間に前記インナーガスケットのリング状基部を介在させ、両金属箔の周縁部の上面には、金属板スペーサと外部端子を兼ねた金属キャップとが載置され、前記金属キャップ、前記上部金属箔、前記インナーガスケット、および前記下部金属箔が、ガス通気孔を有する有底皿形状の金属ケースの内部に収納され、前記金属ケースの開口端部を内側にかしめて密封した封口板であって、前記金属板スペーサは、表面粗さＲａの値が０．１μｍ以上である密閉型電池用封口板である。
【発明の効果】
【００１０】
電池内圧上昇時において、ある所定の圧力で安全機構を確実に作動させることができ、気密性に優れ、安全性が高い密閉型電池用封口板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の密閉型電池用封口板は、電池外装ケースの開口部を絶縁性のアウターガスケットを介した封口板で、リング状基部とその周縁部から上方へ延出した筒状部からなる絶縁性のインナーガスケットを用いている。上部金属箔と下部金属箔との中央部同士が溶接により電気的に接続し、両金属箔の周縁部の間に前記インナーガスケットのリング状基部を介在させ、両金属箔の周縁部の上面には、金属板スペーサと外部端子を兼ねた金属キャップとが載置されている。この溶接方法としては、抵抗溶接、超音波溶接、レーザー溶接などがあるが、安定した溶接強度を得るためにレーザー溶接が好ましい。前記金属キャップ、前記上部金属箔、前記インナーガスケット、および前記下部金属箔が、ガス通気孔を有する有底皿形状の金属ケースの内部に収納され、前記金属ケースの開口端部を内側にかしめて密封した封口板であって、前記金属板スペーサは、表面粗さＲａの値が０．１μｍ以上である。
【００１２】
前述の金属ケースをかしめたとき、上部金属箔はインナーガスケットのリング状基部に設けられた突起と金属スペーサに挟まれる。前記上部金属箔はインナーガスケットの突起から圧縮され、圧縮を受けた上部金属箔の材料は、本発明のように上部金属箔の強度を下げた場合、突起の頂点を支点として、インナーガスケットの筒状部方向とインナーガスケットの内周方向に金属スペーサした面をすべるように伸ばされて切れてしまい、本来必要な液密が確保できなくなる。金属スペーサの表面粗さが０．１μm以上であると、前記金属スペーサの下面と上部金属箔との間の摩擦で上部金属箔はすべることがなくなり、伸びて切れることなく、インナーガスケットのリング状基部を圧縮することができ、気密を確保することができる。
【００１３】
金属板スペーサに電解メッキが施されているのが好ましい。メッキ物質としては、金、銀、錫、ニッケル（以下、それぞれＡｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｎｉと略す）などを挙げることができるが、実使用上においてＮｉメッキが好ましい。電解メッキにすることにより、前述の理由と同様に金属スペーサの下面と上部金属箔との間の摩擦を確保することができるようになる。
【００１４】
また、上部金属箔の引張強度が５０Ｎ／ｍｍ２以下であることが好ましい。
【００１５】
電池の小型化に伴い封口板の面積が小さくなると、封口板の受圧面積が小さくなるため、電池内圧が高くなったときに上部金属箔の凹状部が撓みにくくなる。その結果、下部金属箔の易破断部を破断するのに十分な応力が得られず、下部金属箔の易破断部を破断する圧力が高くなり、電流を遮断することがしにくくなる。従来の電池サイズで設定されていた圧力で前記上部金属箔の変形を得るためには、引張強度が５０Ｎ／ｍｍ２以下のアルミニウム箔を使用することが好ましい。さらにアルミニウム箔の強度を低くするために、圧延後加工硬化した状態よりも３００℃〜４００℃の温度付近で完全焼鈍されることが好ましい。
【００１６】
厚みを薄くすることで引張強度を低くすることができるが、小型電池における実使用上の理由と、前述のレーザー溶接で安定した溶接状態を得るために厚みは０．０７ｍｍ以上が好ましい。厚みを確保し、低い引張強度を得るにはアルミニウムの純度を上げ、また実使用上９９．８５％〜９９．９９％が好ましい。これらの形態によって、所定の圧力で電流を遮断することができる。
【実施例】
【００１７】
図1に本発明の一実施例である密閉型電池用封口板の概略部分縦断面図を示す。図1において、密閉型電池の封口板は上部金属箔1の中央部の窪みと下部金属箔2の中央部の窪みとがレーザーにより溶接され電気的に接続されている。両金属箔１，２の周縁部の間にインナーガスケット３のリング状基部を介在させている。上部金属箔1の上面に金属板スペーサ４が載置され、金属板スペーサ４の上面に金属キャップ５が載置されている。このように下部金属箔２、インナーガスケット３、上部金属箔１、金属板スペーサ４、金属キャップ５の順に底部中央に通気孔を有する金属ケース６に収容されている。金属ケース６の開口端部を内側にかしめて密封し封口板を作製する。
【００１８】
上記金属板スペーサ４、および上部金属箔１の効果を確認するために、高さ２．７ｍｍ、幅４．６ｍｍの封口板を用いた。
【００１９】
以下に、金属スペーサ４について説明する。
【００２０】
《実施例１〜８》
金属板スペーサ４は、以下に説明する表１に示す表面粗さＲａ値とメッキの有無、種類、材質を検討した。
【００２１】
表面粗さＲａ値は２．２μｍで電解Ｎｉメッキのもの（実施例１）、表面粗さＲａ値は１．２μｍでメッキなしのもの（実施例２）、表面粗さＲａ値は０．８μｍで電解Ｎｉメッキのもの（実施例３）、表面粗さＲａ値は０．７μｍで電解Ａｕメッキのもの（実施例４）、表面粗さＲａ値は０．３μｍで無電解Ｓｎメッキのもの（実施例５）、表面粗さＲａ値は０．２μｍで無電解Ｎｉメッキのもの（実施例６）、表面粗さＲａ値は０．１８μｍで無電解Ｎｉメッキもの（実施例７）、表面粗さＲａ値は０．１２μｍでメッキなしのもの（実施例８）を使用した。
【００２２】
《比較例１》
金属板スペーサ４には、以下に説明する表１に示す表面粗さＲａ値が０．０８μｍで電解Ｎｉメッキを施したのもの（比較例１）を使用した。
なお、実施例１〜４、比較例１については、上部金属箔にはＡ１Ｎ９０−Ｏ材の厚み０．０７５ｍｍのアルミニウム箔を使用した。
【００２３】
この金属板スペーサ４、および上部金属箔１を使用し封口板を組み立てた。各々の場合で１０個ずつ封口板を作製し、樹脂中に埋め込み切断し、断面を得て、上部金属箔１の圧縮率を測定した。圧縮率は（数１）で定義する。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
圧縮率が大きくなるほど上部金属箔は圧縮され、切れる傾向があることになる。
【００２６】
また、各場合で３個ずつヘリウム（以下、Ｈｅと略す）リーク試験を行うことでＨｅ原子の漏れ量を測定し、封口板の気密性を評価した。Ｈｅリーク試験とは、封口板で電池を封口したときに外側に面する金属ケース６と内側に面する金属ケースをフッ素ゴムで挟み、電池を封口したときに外側に面するほうを吸引し、内側に面するほうから０．２ＭＰａのＨｅガスを印加し、外側に漏れてくるＨｅガス量を検知器で測定する試験方法である。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１に断面から測定した上部金属箔の圧縮率、およびＨｅガスの漏れ量の平均値を示す。表面粗さＲａの値が大きくなるほど、上部金属箔の圧縮率は小さくなり、インナーガスケットの圧縮率は大きくなる。このとき、Ｈｅガスの漏れ量は低下し、気密性がより向上していることを示している。Ｈｅガスの漏れ量が１×１０−６Ｐａ・ｍ３／秒より小さい場合に、十分な気密性が保てる。表面粗さＲａ値０．１μｍより小さい場合、上部金属箔の圧縮率は１００％となり、インナーガスケットの頂点から切れてしまい、Ｈｅガスの漏れ量は１×１０−６Ｐａ・ｍ３／秒より多く気密が保てない。
【００２９】
これらのことは、表面粗さＲａ値が大きいほど、また、電解メッキの場合、メッキ材が金属板スペーサの表面を被い、前記金属スペーサの下面と上部金属箔との間の摩擦を増大させる効果がある。そのため、上部金属箔はすべりにくくなり、伸びて切れることなくインナーガスケットのリング状基部を圧縮することができるようになる。これによって、気密を確保することができるようになる。また、電解メッキの場合、無電解メッキよりもＮｉが緻密にメッキされ、表面抵抗を大きくすることができ、前記金属スペーサの下面と上部金属箔との間の摩擦を増大させる表面処理として好ましい。また、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎメッキの場合、表面粗さの向上、Ｈｅガスの漏れ量低減にはあまり寄与しない。生産コスト
の観点から、Ｎｉメッキは安価であるため、実使用上Ｎｉメッキが好ましい。
【００３０】
以下に、上部金属箔について説明する。
【００３１】
《実施例９〜１３》
上部金属箔１は、以下に説明する表２に示したように引張強度を変えたものを使用した。
引張強度が３０Ｎ／ｍｍ２のＡ１Ｎ９０−Ｏ材で厚み０．０７５ｍｍ（実施例９）、引張強度が４０Ｎ／ｍｍ２のＡ１Ｎ９０−Ｏ材で厚み０．０８ｍｍ（実施例１０）、引張強度が５０Ｎ／ｍｍ２のＡ１Ｎ３０−Ｏ材で厚み０．０７ｍｍ（実施例１１）、引張強度が５５Ｎ／ｍｍ２のＡ１Ｎ３０−Ｏ材で厚み０．０７５ｍｍ（実施例１２）、引張強度が８０Ｎ／ｍｍ２のＡ１Ｎ３０−Ｏ材で厚み０．０８ｍｍ（実施例１３）のアルミニウムを使用した。また、金属板スペーサ４には、実施例１と同様に表面粗さＲａ値は２．２μｍで電解Ｎｉメッキのものを使用した。
【００３２】
この上部金属箔１を使用し封口板を組み立てた。封口板の上下を金属ケース６の孔の下の位置に穴を設けたウレタンゴムで挟み、金属ケース６の孔から圧力を負荷し、封口板単体の電流遮断圧を測定した。電流遮断圧の測定は各々１０個行った。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
表２に測定した電流遮断圧の平均値を示す。上部金属箔の引張強度が大きくなるほど電流遮断圧が高くなる。電池の実使用上、１ＭＰａ以下で電流を遮断することによって、電池内圧の上昇を未然に止めることが好ましい。電流遮断圧の設定は、実使用上０．７ＭＰａ付近に設定すると、確実に１ＭＰａ以下で電流遮断機構を作動することができる。よって、引張強度５０Ｎ／ｍｍ２以下の材料が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
電池内圧上昇時において、所定の圧力で安全機構を確実に作動させることができる封口板を得ることができ、この封口板を用いた密閉型電池は、安全性が高く、気密性が高い密閉型電池を提供することができ、ノートパソコン、携帯電話、デジタルスチルカメラなどの小型携帯機器等の駆動用電源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例である密閉型電池の封口板の概略部分縦断面図
【符号の説明】
【００３７】
１          上部金属箔
２          下部金属箔
３          インナーガスケット
４          金属板スペーサ
５          金属キャップ
６          金属ケース
【図１】
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